Состав и структура, а также особенности производства чугуна
Чугун – это важный продукт черной металлургии, от которого зависит эффективность работы многих отраслей промышленности. Основные особенности и способы его производства рассмотрим в этой статье.
Состав и структура металла
Производство чугуна и стали — важная отрасль в жизни страны. И для начала мы поговорим про состав первого металла.
Чугун делают из железосодержащей руды. После производства чугун имеет следующий состав:
- Железо, в состав которого входит углерод.
- Марганцевую примесь.
- Серную примесь.
- Фосфорную примесь.
- Кремневую примесь.
Процентное содержание углерода в чугуне составляет примерно 2,14%.
Чугун бывает несколько видов: белый и серый. Каждый вид имеет индивидуальный состав и структуру.
Данное видео расскажет о составе чугуна и стали, а также нюансах их производства:
Белый вид
Благодаря особенностям состава белый чугун имеет светлый оттенок. Рассмотрим состав белого чугуна:
- Цементит (в этом состоянии здесь находится углерод).
- Перлит.
- Ледебурит.
- Кремний.
- Фосфор.
- Марганец.
- Сера.
Серый вид
В составе серого чугуна отсутствует один компонент (ледебурит). Серый чугун состоит из:
- Графита (в этом виде здесь представлена некоторая часть углерода).
- Перлита.
- Кремния.
- Фосфора.
- Марганца.
- Серы.
Углерод и иные компоненты
- Самый главный элемент в чугуне, конечно же, углерод. В зависимости от его количественного содержания получается материал различного сорта.
- После углерода, на втором месте стоит кремний. Его процентное содержание влияет на мягкость, текучесть и литейный свойства материала.
- Благодаря такому элементу, как марганец, чугун приобретает прочность.
- Наличие фосфора в материале делает его способным быстро образовывать трещины в холодных отливках. Кроме этого, эта примесь существенно снижает механические свойства чугуна. Из-за фосфора чугун получается твердым и очень прочным. Но такой чугун не используют для производства деталей, от которых требуется повышенная прочность.
- Самое вредная примесь – это сера. Ее наличие отрицательно влияет на тугоплавкость и жидкотекучесть материала.
Если разломить белый и серый чугун, то можно увидеть совершенно разные структуры. Визуально структуру серого чугуна можно представить в виде металлической матрицы с кристаллами графита. Матрица может иметь совершенно разный вид. Различают:
- Ферритный вид (в составе структуры нет связанного углерода).
- Феррито-перлитный вид (есть связанный углерод в количестве до 0,8%).
- Перлитный вид (количество углерода 0,8%).
На структуры влияет температура. В случае быстрого охлаждения получается перлитная структура, а в случае медленного – ферритная.
Графит
В зависимости от формы графита различают:
- Ковкий чугун (кристаллы графита имеют хлопьевидную форму).
- Высокопрочный чугун (кристаллы графита имеют сферическую форму).
- Обыкновенный серый чугун (графит имеет пластинчатую форму).
Графит может включаться в структуру серого чугуна различным способом. В зависимости от этого чугун бывает:
- С гнездообразной структурой.
- С игольчатой структурой.
- С пластинчатой прямолинейной структурой.
- С пластинчатой завихренной структурой.
Если сравнивать между собой белый и серый чугун, то наиболее применяемым является серый. Белый чугун проблематично порезать, он трудно отливается. К тому же ему свойственны твердость и хрупкость.
Химический состав
Чугуны могут изготавливаться по назначению. В зависимости от назначения и определенного химического состава, чугуны бывают:
- Высокопрочные. Высокопрочный чугун получают путем введения в серый чугун (состояние жидкое) специальных добавок. Его используют для очень ответственных деталей. Высокопрочным чугуном часто заменяют сталь.
- Ковкие. Ковкий чугун получают из белого. Для производства применяют термообработку. Ковкий чугун обладает хорошей вязкостью, высокой пластичностью, повышенным сопротивлениям к ударам и растяжением.
- Легированные. Легированный чугун содержит практически все элементы. То есть в его состав входит титан, хром, никель, сера. Материал отличается износостойкостью, твердостью и прочностью. Такой вид чугунов преимущественно используют для производства деталей машин с высокими механическими свойствами. В зависимости от преобладающего элемента чугуны бывают никелевые, хромистые и титановые.
- Специальные (ферросплавы). В специальном чугуне присутствует высокое содержание нескольких элементов: это кремний и марганец. Такие чугуны в основном идут для плавки стали и позволяют удалить из стали вредную примесь (кислород).
Далее рассмотрены литейное, доменное и иные процессы в производстве чугуна, а также указаны исходные материалы для этого.
О производстве чугуна и стали расскажет данный видеоролик:
Производство чугуна
Необходимое оборудование
Для производства чугуна необходима огромная доменная печь. Габаритные размеры такой печи впечатляют: высота 30 метров, внутренний диаметр 12 метров.
- Самая широкая часть доменной печи носит название – распар.
- Нижнюю часть называют горном (через нее в печь попадает горячий воздух).
- Самая верхняя часть доменный печи называется шахта. Она имеет верхнее отверстие, которое носит название калашник. Калашник закрывается специальным затвором.
В основе работы доменной печи лежит противоток. Воздух подается снизу, а материалы (кокс, флюсы и руда) заправляются сверху. Кокс необходим для нагрева, расплавления и восстановления руды. Без флюса не сможет образоваться шлак. А руда – это основное сырье для производства чугуна.
Кроме доменной печи для производства чугуна обязательно потребуются:
- вагонетки,
- специальный кран,
- бункеры,
- транспортеры
- и другое, в условиях металлургического завода.
Сырье
Совокупность веществ
В состав железной руды входит рудное вещество и пустая порода, которая состоит: из песчаника с примесью глинистых веществ, из кварцита, из известняка и из доломита. Под рудным веществом подразумевают карбонаты железа, окислы и силикаты.
В руде может присутствовать разное количество рудного вещества. В зависимости от этого она бывает богатая и бедная. Бедную руду отправляют на обогащение, а богатую сразу используют в производстве.
Железные руды бывают нескольких видов:
- Бурый железняк. В состав входит железо в форме водных окислов. Общее процентное содержание железа составляет 25-50%. Пустая порода такого железняка может быть кремнисто-глиноземной и отличаться глинистостью.
- Красный железняк. Материал имеет второе название – гематит. Железо в структуре этого железняка представлено в форме безводной окиси. В таком железняке очень мало вредных примесей, а самого железа содержится 45-55%. Цвет руды располагается в диапазоне от темно-красного до темно-серого.
- Магнитный железняк. Железо представлено в форме закиси-окиси и составляет от общего количества 30-37%. У такой руды черный или темно-серый цвет. Пустая порода представляет собой кремнеземистую массу с другими окислами.
- Шпатовый железняк. Имеет второе название сидерит. Цвет у этого вещества грязно-серый или желтовато-белый. Этот материал легко поддается восстановлению. Железняк достаточно легко окисляется и переходит в форму бурого известняка. Железо в шпатовом железняке представлено в форме углекислой соли.
В процессе производства чугуна используются марганцевые руды. Их закладывают в шихту для увеличения в чугуне количества марганца.
О том, какие вещества являются сырьем для производства чугуна, читайте ниже.
Расчет
Для производства чугуна в количестве одной тонны потребуется:
- Три тонны железистой руды.
- Одна тонна топливного кокса.
- Флюс (количество зависит в зависимости от типа руды).
- Двадцать тонн воды.
Далее рассмотрена технология производства чугуна.
Технологии
Технология производства чугуна состоит из следующих стадий:
- Подготовка руды. Суть ее заключается в пересортировке руды по размеру кусков и химическому составу. Руду крупных размеров дробят на более мелкие части, а фракции в виде пыли или мелких частиц, наоборот, окусковывают. В основе процессе окускования лежит агломерация, в процессе которой происходит спекание шихты и образование пористого продукта. Так же на этом этапе проводят процедуру обогащения бедных руд. В процессе переработки большая часть пустой породы удаляется, содержание железа увеличивается.
- Подготовка топлива. Кокс подвергают грохочению. В результате этого процесса удаляется ненужная мелочь, которая может привести к потери тепла в процессе плавки.
- Подготовка флюсов. Флюс так же измельчают и отсеивают мелочь. После этого все материалы загружаются в печь.
- Доменный процесс производства. Доменную печь заправляют коксом, затем агломератором (руда спеченная с флюсом) и снова коксом. Температура для выплавки поддерживается благодаря вдуванию подогретого воздуха. В горне сгорает кокс и образуется углекислый газ. СО2 проходит через кокс и образует СО. Окись углерода восстанавливает основную часть руды. При восстановлении железо становится твердым. Оно постепенно переходит в более горячую часть доменной печи, где растворяет внутри себя углерод. В результате образуется чугун. Жидкий чугун вытекает в специальные ковши, откуда его выливают в предназначенные для него формы или сборники-смесители.
Доменная печь работает в непрерывном режиме. Одновременно с производством чугуна восстанавливается марганец, кремний и другие примеси.
Кратко о производстве и производителях (изготовителях) чугуна в России и странах мира расскажет заключительный раздел статьи.
Доменное производство чугуна
Известные производители
На долю мировых производителей чугуна приходится около 900 млн. тонн продукции в год. Если сравнивать объемы производства, то лидирует: Китай (550 млн. тонн чугуна за год), затем Япония (уже 69 млн. тонн), после Россия (45 млн. тонн), Индия (29 млн. тонн в год) и Южная Корея (27 млн. тонн).
- В Китае чугун и сталь производят на пяти комбинатах: Баотоусский, Баошанский, Шунганский, Аньшанский и Уханьский.
- Самыми крупными предприятиями России в области переработки чугуна считаются Магнитогорский, Челябинский комбинат, ООО «Уральская сталь», Череповецкий металлургический комбинат, Новокузнецком металлургическим комбинатом и другие.
Доменное изготовление чугуна подробно рассмотрено в этом видео:
Понравилась статья? Поделитесь с друзьями в социальных сетях:
Источник http://stroyres.net/metallicheskie/vidyi/chyornyie/chugun/proizvodstvo-i-syire.html